第1章　绪论

1.1　高分辨力对地观测

随着认识地球、研究地球的深入，人类逐渐将视点从地面、低空扩展到太空，对地球的观测的连续性、快速性、精确性等提出了更高的要求。高分辨力对地观测随之进入人类的视野，它们“身怀绝技”，能够更全面、更清楚、更深刻地了解地球和周围的环境，成为人类在太空安装的高效“监控眼”。高分辨力对地观测在军用和民用上都有广阔的应用市场。我国也一直在大力发展高分辨力对地观测卫星。成像光谱仪就是高分辨力对地观测的一种重要设备，能够同时获取待测目标的空间信息和光谱信息，具有“图谱合一”的优势。本研究来源于国家重点基础研究发展计划（973计划）对地观测与导航领域“高分辨力对地观测系统中的高精度实时运动成像基础研究”重大项目（项目编号：2009CB724005）的子课题“高光谱成像运动误差形成机理分析与高精度实时校正”。围绕科学问题“遥感图像退化的高精度实时抑制与补偿”开展研究，针对不同类型的典型高光谱成像仪、成像环境及平台特性，进行动态误差溯源，分析高光谱成像误差形成机理与分布规律，研究基于平台运动误差估计的高光谱成像实时几何误差校正与补偿、高精度光谱图像复原的理论与方法，为实现高精度实时高光谱对地观测奠定理论基础。

成像光谱仪（imgaing spectrometer）为每个像元提供数十至数百个窄波段（通常波段宽度<10nm）的光谱信息，能产生一条完整而连续的光谱曲线。成像光谱仪将观测到的各种地物以完整的光谱曲线记录下来，记录的光谱数据能用于多学科的研究和应用中。从成像光谱仪的连续影像上，可以获取连续的光谱信息，这是高光谱遥感数据与常规遥感数据的主要区别。

高光谱成像技术作为一种新型对地观测技术，能够同时获取地物目标的几何图像和波谱信息，真正实现成像仪和光谱仪的集成，可以有效地实现地物物化属性的反演，提高地物的分类、识别精度，揭露伪装、降低虚警率，在诸多领域得到了广泛的应用。作为一种运动成像载荷，高光谱成像仪对地观测过程中一系列的内在和外在误差——特别是平台运动误差将极大地影响其数据质量，增加遥感数据的不确定性，降低了光谱探测、识别、分类的精度。如何有效地分析仪器对地观测过程中的动态误差分布，建立数据质量与运动误差体系之间的表征模型，构建高精度光谱成像遥感的理论支撑体系，是实现高精度实时光谱成像对地观测的重要保障。面对日益丰富的空间影像信息来源，深入地研究高时空分辨力遥感成像的技术，提高遥感图像的质量，已成为当前遥感、数字摄影测量、地理信息系统及相关科学的重点研究领域。

在各种环境因素和载体内部干扰的共同作用下，载荷平台不能保持理想运动状态，致使载荷像质严重退化，甚至无法成像。必须对图像进行运动补偿才能实现遥感载荷的高精度实时运动成像。在光谱仪推扫过程中，载体的姿态一旦发生变化，如侧滚（roll）、俯仰（pitch）、偏航（yaw）等，探测器接收到的图像信号就会发生像点漂移、模糊、变形、像素混叠，造成图像质量下降、光谱信息失真或调制度降低，甚至使仪器无法正常工作。因此，针对卫星姿态变化对光谱图像的影响，研究光谱图像的校正算法，才能保证最终反演出的物体光谱的真实性。所以光谱图像复原校正技术的研究具有非常重要的意义，它是高光谱成像系统实用化的关键技术。此外，高光谱成像系统的独创性，也赋予了光谱图像校正技术的特殊性及复杂性。